JP2006509622A - 酸性ガス除去の構成および方法 - Google Patents

Abstract

希薄な硫化水素を含む物理溶媒３２を受け取り、かつ実質的に硫化水素を含まないストリッピングガス５１、５２が高圧フラッシング容器１１０および中圧フラッシング容器１１２の少なくとも１つによって提供されるバキュームストリッパ１１８を備えたプラント。意図される構成は有利には、二酸化炭素および硫化水素を含んだ酸性ガスを処理するための物理溶媒の使用範囲を拡大し、また硫化水素４ｐｐｍというパイプライン仕様の大半を満たすのに使用され得る。

Description

本出願は２００２年１２月１２日に出願され、参照により本願に組み入れた米国特許仮出願第６０／４３３，２５７号の利益を主張する。

本発明は原料ガスからの酸性ガスの除去に関し、より特には二酸化炭素および硫化水素含有量の高い原料ガスからの酸性ガスの除去に関する。

種々のガス源の酸性ガス含有量は比較的高いか、今後も増えるので、種々のガス流からの酸性ガス除去、特に、天然ガス流からの二酸化炭素の除去は一層重要なプロセスになっている。例えば、アラスカ、北アメリカ大陸、ノルウェー、東南アジア、またはメキシコ湾の種々のガス源は約２０％〜約７５％の二酸化炭素を含んでいる。さらに、様々なガス田からの酸性ガスもパイプラインの品質仕様を満たすために典型的には除去を必要とする著しい高濃度で硫化水素を含んでいる。

例えば、酸性ガス除去のために一般に使用されるあるプロセスでは、化学溶媒（例えば、アミン溶媒）が酸性ガス除去に使用され、これは典型的には、再生された溶媒から副産物としての硫黄に硫化水素を転換するために硫黄プラントにおいて分離された酸性ガスをさらに処理することを要する。このような酸性ガス除去および硫黄プラントの組合せは、一般にエネルギを大量消費し、コストがかかる。さらに、今日の硫黄市場の縮小では、そのように生成された硫黄の市場価値は僅かであるので廃棄され、そのような作業のコストはさらに一層増大する。

別の場合には、膜システムを用いて気体を送る流れから酸性ガスを物理的に分離させることができる。多くの場合、膜システムは種々のガス量および生成ガス仕様の処理を行うのに非常に適している。さらに、膜システムは比較的小型で概ね可動部分が無いので、そのようなシステムは海洋でのガス処理に実施可能な選択肢となっている。しかし、単段の膜分離装置の全部またはほとんどは比較的選択的でなく、故に（放出、焼却、または低カロリーガスとして使用される）メタンおよび炭化水素含有量が比較的高い二酸化炭素の浸透する流れを発生する。したがって、比較的大きなメタンおよび炭化水素の損失がこのプロセスを魅力の無い、非経済的なものにしている場合が多い。そのような損失を低減させるために、段間の再圧縮を用いた複数のステージの膜分離装置が使用されるかもしれない。しかし、そのようなシステムはエネルギを大量消費し、コストが嵩む。

さらに別の実施形態では、物理溶媒が原料ガスからの酸性ガスの除去に用いられ、これは物理溶媒の潜在的処理能力は酸性ガスの分圧とともに増大するので（ヘンリーの法則）、酸性ガスの分圧が高いガスを処理するのに特に有利である。物理溶媒を用いる場合、特定の酸性ガスの吸収は主に、使用される特定の溶媒に左右され、さらに溶媒の圧力および温度に左右される。例えば、Ｈｅｒｂｅｒｔらの米国特許第２，８６３，５２７号に例示されているように、沸点の低い有機性物理溶媒としてメタノールが使用されるかもしれない。しかし、溶媒を低温に維持するための冷媒による冷却要件は比較的に高く、多くの場合このプロセスは所望のメタンおよびエタン吸収よりも大きくなり、これにより再圧縮および回収には大きなエネルギ入力が必要となる。

典型的な物理溶媒プロセスを先行技術の図１に例示しており、これは理論上は比較的単純で、冷却用のリーンソルベントを利用して原料ガスから二酸化炭素を除去する。この溶媒は連続フラッシングによってより低い圧力に再生され、次にフラッシングされた溶媒はポンプで吸収装置に送られ、そこで溶媒は（リッチソルベント回路またはリーンソルベント回路のいずれかにおいて）外部冷却を用いて冷却される。大抵の場合、溶媒再生には蒸気または燃焼式ヒータが必要となる。

物理溶媒プロセスは一般に大量の酸性ガス除去に有利である（例えば、処理されたガスは１〜２％残留酸性ガスを含む）。しかし、酸性ガス、特に硫化水素をパイプラインのガス品質を満たすレベルまで除去することは多くの場合困難である。さらに、典型的な従来のプロセスは熱または蒸気を用いた溶媒の再生が必要であり、これは比較的に燃料を大量に消費しやすい。溶媒再生に熱を適用しない場合には、現在知られているフラッシング再生プロセスはガス処理が硫化水素用のパイプライン仕様を満たすように十分に希薄な溶媒を生成しないであろう。

このように、原料ガスから酸性ガスを除去するために種々の構成および方法が知られているが、それらの全部またはほとんどは１つまたは複数の不利を被る。特に、処理されたガスの硫化水素の濃度は多くの場合、現行の規格にとっては容認できないほど高く、さらに処理を行わない場合、処理されたガスはパイプライン仕様を満たさないことが多い。さらに、知られているプロセスはパイプラインの規格まで酸性ガス濃度を低減させるには相当量のエネルギが必要となり、炭化水素の著しい損失を被る傾向にある。したがって、酸性ガス除去のための改善された方法および構成を提供する必要性が依然として存在する。

本発明は物理溶媒を用いて原料ガスから酸性ガスを除去する構成および方法に向けられたものであり、溶媒は実質的に硫化水素を含まないストリッピングガスをバキュームストリッパに用いて超リーンソルベントに再生される。

したがって、本発明の主題の１つの特に好適な態様では、プラントは希薄な硫化水素を含む物理溶媒から超希薄な物理溶媒を生成するように構成されたバキュームストリッパを備える。意図されるプラントは実質的に硫化水素を含まないストリッピングガスをバキュームストリッパに提供する高圧フラッシング容器および／または中圧フラッシング容器をさらに備えるであろう。

さらに意図されるプラントは等温勾配または上から下に減少する温度勾配で動作し、かつ少なくとも１０モル％の二酸化炭素および少なくとも５００ｐｐｍの硫化水素（典型的には少なくとも部分的に脱水され、および／または少なくとも１０００ｐｓｉｇの圧力）を含む原料ガスを受ける吸収装置を備える。溶媒の硫化水素含有量に関し、希薄な硫化水素を含む物理溶媒は少なくとも１００ｐｐｍの硫化水素を含み、かつ超希薄な物理溶媒は１００ｐｐｍ未満（および最も典型的には１０ｐｐｍ未満）の硫化水素を含むと一般に考えられる。実質的に硫化水素を含まないストリッピングガスは少なくとも９５モル％の二酸化炭素を含むことが好ましい。

本発明の主題のさらに意図される態様では、プラントは酸性ガスがリッチソルベントから分離され、これにより希薄硫化水素を含有する物理溶媒を生成する分離装置を備えるかもしれない（酸性ガスの一部は圧縮され、あるフォーメーションに注入される）。また、バキュームストリッパが分離装置からの酸性ガスと結合される第２の酸性ガスをさらに生成するかもしれない。

したがって、超希薄な物理溶媒の形成方法は、実質的に硫化水素を含まないストリッピングガスが高圧フラッシング容器および中圧フラッシング容器の少なくとも１つにおいて物理溶媒から分離される１つのスキップを含んでよい。別のプロセスでは、硫化水素はバキュームストリッパ内で希薄な硫化水素を含む物理溶媒から除去されて超希薄な物理溶媒を形成する。種々の構成および他の操作パラメータに関し、上記の同じ考察が適用される。

本発明の種々の目的、特徴、態様、および利点は、以下の本発明の好適な実施形態の詳細な説明からより明白となろう。

本発明者らは、原料ガスからのフラッシングされたガスを利用して二酸化炭素を除去するのにも利用される希薄な物理溶媒から硫化水素を除去する構成および方法において、酸性ガス、特に二酸化炭素が二酸化炭素および硫化水素を含んだ原料ガスから除去されることを発見した。

特に好適な構成では、真空下（典型的には約１〜１０ｐｓｉａ）でストリッパが働くことが意図され、この場合ストリッピングガスは溶剤再生プロセスにおいて高圧および中圧フラッシングから供給される。高圧および中圧フラッシングの条件ならびにフラッシングされたガスの量はフラッシングガスが主に軽質炭化水素およびいくらかの二酸化炭素を含有するが、実質的に硫化水素を含まない（すなわち、１０００ｐｐｍ未満、典型的には１００ｐｐｍ未満、およびより典型的には１０ｐｐｍｖ未満）ように好適には選択されることがさらに好ましい。したがって、バキュームストリッパは硫化水素を含まず（すなわち、１０ｐｐｍ未満）、酸性ガスを希薄な硫化水素が希薄なレベルに処理するのに適したリーンソルベントを生成できることが認識されるべきである。

本願明細書で使用されるように、吸収装置において物理溶媒と共に用いられる「等温勾配」という用語は、吸収装置の上方部分の物理溶媒の温度が吸収装置の中間および下方部分の物理溶媒の温度と実質的に同一（すなわち、温度の絶対偏差が僅か１０°Ｆ）であることを意味する。同様に、本願明細書で使用されるような「上から下に温度勾配が低下する」という用語は、吸収装置の上方部分の物理溶媒の温度が吸収装置の中間および／または下方部分の物理溶媒の温度よりも高いことを意味する。

本願明細書でさらに使用されるように、またカラムまたは吸収装置に関し、「上方」および「下方」という用語は相互に関連して理解されるべきである。例えば、カラムまたは吸収装置の「上方」部分からのストリームの除去または添加は、同じカラムまたは吸収装置の「下方」領域からのストリームの除去よりも、（カラムまたは吸収装置が操業中である地面と比較して）高い位置での除去または添加を意味する。別の観点からは、「上方」という用語はこのようにカラムまたは吸収装置の上半分を意味することができ、一方で「下方」という用語はカラムまたは吸収装置の下半分を意味することができる。同様に、「中間」という用語が使用される場合、カラムまたは吸収装置の「中間」部分は「上方」部分および「下方」部分に対して中間であることが理解されるべきである。しかし、「上方」、「中間」、および「下方」はカラムまたは吸収装置を指すのに用いられる場合、そのようなカラムは厳密にこれらの用語によって３つに分割されているものと理解すべきではない。

本願明細書でさらに使用されるように、数値と共に用いられるとき「約」という用語は、特に定めのない限りその数値の１０％以下の絶対偏差を意味する。したがって、例えば、「約１０モル％」という用語は９モル％（含む）〜１１モル％（含む）の範囲を含んでいる。

図２に示したような好適な構成では、例示的なプラントは、乾燥したガス流２を形成する約−４０°Ｆの水の露点まで原料ガス１から含水量を除去するガス脱水ユニット１０１（典型的にはＴＥＧまたは分子ふるいユニット）を備える。処理された原料ガス流２が、冷媒として吸収装置のオーバーヘッドストリーム１１を用いて熱交換器１０２においてさらに冷却（典型的には−１０°Ｆ〜３０°Ｆ）されて冷却処理された原料ガスストリーム５を形成し、これは分離装置１０３において液体流３および蒸気流７に分離することが特に好適である。流れ３は販売可能な天然ガス液体製品としてさらに回収され得るＣ５＋成分の多くを含んでいる。Ｃ５＋成分を含有しない流れ７は、結合された再循環ストリーム８と混合されて熱交換器１０４においてさらに冷却される流れ９を形成する。この構成では、熱交換器１０４は減圧されたリッチソルベント流２８によって提供される冷却を使用し、典型的には−１５°Ｆ〜−４５°Ｆまで流れ９をさらに冷却し、これにより冷却された流れ１０を形成する。このように冷却された流れ１０は吸収装置１０５の下方部分に入る。

処理された原料ガス流を比較的低温（約−１５°Ｆ〜約−４５°Ｆ）に冷却すれば、吸収体の底部温度は、特に低い値（約０°Ｆ〜約−４０°Ｆ）に維持され、これがリッチソルベントの酸性ガスの充填を有利に増大させ、かつこれにより溶媒の循環、メタンおよび／または炭化水素の損失が低減されることが特に評価されよう。側部冷却器１０８を用いて吸収装置１０５の下方部分の温度を所定の吸収温度に管理かつ／または維持することが特に好ましい。そのような構成では、（吸収装置の上方部分における酸性ガスの吸収によって生成される）セミリッチソルベント流１３が側部冷却器ポンプ１０６（流れ１４を介し）によって送られて、冷媒である水車１１１からのフラッシングされたリッチソルベント２１を用いて側部冷却器１０８において冷却される。このように冷却された典型的には−１０°Ｆ〜−４０°Ｆであるセミリッチソルベント流１５は、吸収装置１０５の下方部分に戻される。側部冷却器１０８用の冷媒はフラッシングされたリッチソルベント流２０（減圧されたリッチソルベント流）によって水車１１１を経由して供給されることがさらに特に好ましい。しかし、冷却は他の種々の溶媒によって提供されてもよく、適した溶媒は内的（すなわち、プラント内で生成される）または外的（例えば、プロパンガス冷却）であってよいことが認識されるべきである。

このため、酸性ガスを効果的に吸収するためには、適した側部冷却器を操作して最適な吸収温度を維持することが有利かもしれない。したがって、そのような構成では吸収装置の中間部分が吸収装置の上方部分よりも低い温度で操作されることが好ましく、これは溶媒に酸性ガス（溶媒は典型的にはより低粘度およびより低い表面張力を呈する）が充填されている場合には特に好ましいことが理解されるべきである。

一旦吸収装置に送られると、次にセミリッチソルベント１５は原料ガスから二酸化炭素をさらに吸収し、これにより第１の水車１０７を介して吸収装置を出て行くリッチソルベント１６を形成する。第１の水車１０７は吸収装置の底圧を典型的には原料ガス圧の約半分に低下させ、これによりリッチソルベントを約−５°Ｆ〜−３５°Ｆに冷却して減圧されたリッチソルベント流１７を生成する。そのような構成では、酸性ガス容量を膨張かつフラッシングすることにより冷却を発生するとともに、水車が軸仕事を提供して仕事を与える（例えば、溶媒循環ポンプを駆動する）ときに、水車はエネルギー効率の高い装置を操作することが理解されるべきである。

酸性ガス流４１と熱交換された後、リッチソルベント１７は第１のフラッシングされた炭化水素蒸気流１９を生成する分離装置１１０に向かってフラッシング、すなわち再循環流４７およびストリッピング流４８に分割される。流れ４７は再循環圧縮機１２４によって圧縮され、吸収装置１０５内で回収され、流れ４８は減圧されて流れ５２としてバキュームストリッパ１１８に送られる。流れ４７および流れ４８の分割比に関し、流れ４８は流れ１９の全流の約５％〜約３０％を占めることが一般に好ましい。このようにフラッシングされた溶媒流れ２０は水車１１１によって、半分まで低減された圧力まで膨張されて膨張されたリッチソルベント流２１（典型的には−２０°Ｆ〜−４０°Ｆ）を生成し、これは熱交換器１０８内のセミリッチソルベント１４を冷却するのに用いられる。典型的には１０°Ｆ〜−１０°Ｆの熱交換器１０８からの加熱されたリッチソルベント２２は、再循環流４９およびストリッピング流５０にさらに分割される第２のフラッシングされた炭化水素蒸気流２３を生成する分離装置１１２において分離される。流れ４９は再循環圧縮機１２４によって圧縮され、吸収装置１０５において回収され、流れ５０は減圧され流れ５１としてバキュームストリッパ１１８に送られる。流れ４９および流れ５０の分割比に関し、流れ５０は典型的には流れ２３の全流の約１０％〜約５０％を占めることが一般に好ましい。分離装置１１２からのフラッシングされた液体流２４は典型的には半分に低減された圧力まで膨張ＪＴ弁１１３内で減圧され、これによりリッチソルベントは５°Ｆ〜−１５°Ｆに冷却される。このようにフラッシングされた溶媒２５は、再循環圧縮機１２４により再循環される第３のフラッシングされた炭化水素蒸気（第３の再循環流２６）を生成する分離装置１１４内で分離される。第１および第２水車１０７および１１１からの出力を用いてリーンソルベントポンプ１１９、真空ポンプ１２０、および／または発電のための電源要件の一部が提供されることが好ましい。

分離装置１１４からのフラッシングされた液体２７は膨張ＪＴ弁１１５において大気圧より高く減圧され、これによりリッチソルベントが−２０°Ｆ〜−４５°Ｆまで冷却され、次に熱交換器１０４において原料ガスを冷却するのに用いられる。次に、熱交換器１０４からの加熱された典型的には０°Ｆ〜−４０°Ｆのリッチソルベント２９は大気圧において分離装置１１６内で分離されてフラッシングされた酸性ガス流３０を生成する。

気圧でフラッシングされた溶媒３１はＪＴ弁１１７を介して真空圧（典型的には約１ｐｓｉａ〜約１０ｐｓｉａ）まで膨張されて流れ３２を生成し、これは酸性ガス流３３およびリーンソルベント流３４を生成するバキュームストリッパ１１８に送られる。バキュームストリッパはフラッシングドラム１１２からストリッピングガス５１が供給され、かつフラッシングドラム１１０からストリッピングガス５２が各々供給される上方部分および下方部分を含んでいるのが好ましい。ストリッピング部分の数、ストリッピングガス源の数、および／またはストリッピングガスの量は原料ガスの組成に応じて変動し得ることが理解されるべきである。さらに、原料ガスの硫化水素含有量が比較的高い場合、分離装置１１４からのフラッシング蒸気流２６の一部を用いて第３のストリッピング部分が加えられてよい。別法では、原料ガスの硫化水素濃度が比較的低い場合、フラッシング流の１つだけから供給されるストリッピングガスを用いて単一のストリッピング部分が実現可能である。このように生成された超リーンソルベント３４は酸性ガスの吸収のために、圧縮された超リーンソルベント流３５を介して、リーンソルベントポンプ１１９によって吸収装置の圧力に送られる。次に、硫化水素を含有する酸性ガス３３は真空ポンプ１２０によって圧縮されて圧縮された酸性ガス流３７を生成するかもしれない。

油回収または酸性ガス注入の増強が特に望ましい場合、意図される構成は水車１０７からの減圧されたリッチソルベント流１７を用いて酸性ガス流４１を冷却するのに用いられる熱交換器１０９を備えていることが好ましい。また、フラッシングされた酸性ガス３３は真空ポンプ１２０において大気圧まで圧縮され、流れ３６と結合して流れ３８を生成し、圧縮機１２１においてさらに圧縮される。圧縮された酸性ガス流３９は熱交換器１２２、１２３、および１０９によってその液態まで（流れ４３において）冷却される。酸性ガスの凝縮によって必要になる冷却作業を補うためには、外部冷却（４４）を有する任意のトリムコンデンサ１２４が必要になるかもしれない。次に、酸性ガス液４３は増強された油回収のために再注入されるように、ポンプ１２５によって典型的には４０００ｐｓｇｉで流れ４６に圧送される。

したがって、原料ガス内の二酸化炭素が水車およびＪＴ弁を用いたリッチソルベントの膨張によって、溶媒冷却のための冷却を提供するだけでなく、二酸化炭素流の液化作業も提供することが特に認識されるべきである。さらなる冷却が必要な場合（例えば、供給圧が比較的低い場合）、溶媒冷却はより高圧に圧縮する再循環ガス圧縮機１２４を用いたＪＴ冷却によって供給され、熱交換器１２５によって冷却され、冷却された流れ８を生成するＪＴ弁１４０を用いて減圧され、吸収装置に送られ得ることがさらに理解されるべきである。本発明の主題による意図される構成を含むように変形されてよいガス処理プラントの特に適した別の構成は、２００２年９月１７日に出願され、参照により本願に組み入れた、我々の同時係属国際特許出願ＰＣＴ／ＵＳ０２／２９８１０号に記載されている。

適した原料ガスに関し、非常に多くの天然および合成の原料ガスが適していると考えられる。しかし、特に好適な原料ガスには天然ガス、および特に、少なくとも約５モル％、より典型的には少なくとも約１０モル％、および最も典型的には少なくとも１０〜７５モル％である二酸化炭素および少なくとも５０ｐｐｍ、より典型的には少なくとも５００ｐｐｍ、および最も典型的には少なくとも１％の硫化水素含有量を含んだ天然ガスが挙げられる。したがって、特に適した供給流には、アラスカ、ノルウェー、東南アジア、およびメキシコ湾などの油田およびガス田からの天然ガス供給流がある。同様に、適した原料ガスの酸性ガス含有量（特に二酸化炭素含有量）は変動してよく、主として原料ガスの供給源に左右されるであろう。酸性ガス含有量は少なくとも約５モル％、より典型的には少なくとも約１０モル％、および最も典型的には少なくとも２０〜７５モル％であることが一般的に好ましい。典型的な原料ガス組成を以下の表１に示す：

さらに、意図される原料ガスの圧力は著しく変動するかもしれず、適した圧力は大気圧から数千ｐｓｉｇの範囲になることが認識されるべきである。しかし、原料ガスの圧力は少なくとも４００ｐｓｉｇ、より典型的には少なくとも１０００ｐｓｉｇ、さらに典型的には少なくとも３０００ｐｓｉｇ、最も典型的には５０００ｐｓｉｇであることが特に好ましい。さらに、原料ガス圧の少なくとも一部分は井戸に含まれるガスの圧力に起因していることが一般に考えられるが、場合によっては圧力は１つまたは複数の圧縮機によって増大されてもよいことも認識されるべきである。

本発明の主題のさらに別の態様では、意図される原料ガスは吸収装置に入る前に乾燥され冷却されることが好ましく、原料ガスの冷却は１つまたは複数の熱交換器において少なくとも部分的には生成ガス（すなわち、吸収装置の上方部分の流れ）によってもたらされることが特に好ましい。冷却の程度に関し、原料ガスは種々の温度に冷却されてよいことが一般に考えられる。次に、冷却された原料ガス流は分離装置に送られてよく、そこで原料ガスに含まれるＣ５＋成分の少なくとも一部が冷却された原料ガス流から除去されて、部分的にＣ５＋を含有しない脱水された原料ガスを生成する。

次に、このように生成された部分的に脱水された原料ガスをさらに処理して、より高い炭化水素（例えば、Ｃ_６ ^＋）を除去し、脱水ユニット（既知のすべてのガス脱水ユニットが使用に適している）においてさらに脱水する。例えば、さらなる脱水はグリコールふるいまたは分子ふるいを用いて実行されるかもしれない。吸収プロセスは冷凍の問題を生じることなく非常に低い温度にて実行され得るので、この原料ガスの脱水は特に有利である。さらに、生成ガスおよび二酸化炭素は生成ガスの下流での脱水を除去する非常に乾燥した状態で生成され、炭化水素の凝縮を最小に抑える。

したがって、適した吸収装置は比較的高圧で動作し、かつ特に意図される高圧は少なくとも５００ｐｓｉ、典型的には少なくとも１０００ｐｓｉ、さらに典型的には少なくとも３０００ｐｓｉ、および最も典型的には５０００ｐｓｉであることが特に認識されるべきである。したがって、意図される吸収装置は気相の臨界超過領域において動作してよいことが認識されるべきである。本願明細書で用いられるような「気相の臨界超過領域において動作する」という用語は、原料ガスの全部ではなくとも、原料ガスの少なくとも一部分が臨界超過状態になる条件下での吸収装置の動作を意味する。さらに、吸収プロセスを気相の臨界超領域で行うことによって、従来知られているプロセスでは大きな問題となっている炭化水素の凝縮が典型的には回避される。またさらに意図される態様では、吸収装置の種類は特定の構成に限定される必要はなく、既知のすべての吸収装置構成がここでの使用に適しているとみなされる。しかし、特に好適な接触装置は充填床またはトレイ構成を含む。

意図される吸収装置において使用される溶媒に関し、すべての物理溶媒およびその混合物が適していると認識されるべきである。当該分野では非常に多くの物理溶媒が知られており、例示的な好適な物理溶媒にはプロピレンカーボネート、リン酸トリブチル、直鎖状のメチルピロリドン、ポリエチレングリコールのジメチルエーテル、および／または種々のポリエチレングリコールのジアルキルエーテルがある。別の場合には、物理溶媒として類似する挙動を有する、強化された第３アミン（例えば、ピペラジン）を含んだ他の溶媒あるいは他の溶媒または溶媒の混合物が使用されてよい。

したがって、吸収装置は、酸性ガスを含まない、特に二酸化炭素を含まない生成ガスを提供するであろう。さらに、吸収装置は冷却かつ脱水された原料ガスを受け取るので、生成ガスは典型的には高圧パイプラインを通して輸送されるための市販のガスの仕様および要件の全部またはほとんどに適合することが認識されるべきである。吸収装置において生成されたリッチソルベントは吸収装置の底部を比較的高圧（例えば、少なくとも５００ｐｓｉ、より典型的には１０００〜３０００ｐｓｉ）で出て行き、故に（例えば、電機エネルギ生成のための）仕事および／または分離プロセス中の種々の流れの冷却を提供するために利用されてよいことがさらに特に理解されるべきである。

特に好適な構成では、リッチソルベントは第１の水車を用いて減圧されて機械的または電気的エネルギを生成し、次に減圧されたリッチソルベントは分離装置において炭化水素を含んだ第１の再循環流および第１のリッチソルベントに分離され、続いて、強化された油回収用途（この場合、二酸化炭素は原料ガスから生成される）のための二酸化炭素流を冷却するために冷媒として（任意には）使用される。炭化水素を含んだ第１の再循環流は吸収装置に向かって再循環されるのが好ましく、第１のリッチソルベントは第２の水車を用いてさらに減圧されて機械的または電気的エネルギをさらに生成する。次に、このようにさらに減圧されたリッチソルベント流は、熱交換器（好適には吸収装置の側部冷却器）において、好ましい吸収装置の温度を維持するために吸収装置内でセミリッチソルベントを冷却する冷媒として使用される。熱交換器を通過後、次にさらに減圧されたリッチソルベント流は第２の分離装置において第２のリッチソルベントおよび吸収装置に向かって再循環される第２の炭化水素を含んだ再循環流に分離される。第２の分離装置から、リッチソルベント流はＪＴ弁によってさらに減圧され、次に第３の分離装置において第３のリッチソルベントおよび吸収装置に向かって再循環される第３の炭化水素を含んだ再循環流に分離される。次に、第３の減圧されたリッチソルベントはさらに大気圧にまで減圧されて、原料ガスを冷却するのに使用されることになる冷却を生成し、吸収装置の底部温度を好ましく低く維持する。

リッチソルベントを減圧することによって主に提供される冷却に関し、多くの場合（特に高い送り圧での操業）、冷却は必要ではないが、再循環ガス冷却器およびＪＴ弁から生成されるＪＴ冷却によって内部で補われてよいか、または冷媒を含んだ熱交換を用いた外部の供給源によって補われてよい。さらに、特定の熱交換器の順序は原料ガス、溶媒循環、および二酸化炭素の液化作業要件に応じて変わるかもしれない。例えば、第１の減圧されたリッチソルベントを用いて二酸化炭素流の代わりに原料ガスが冷却されてよく、第２の減圧されたリッチソルベントが側部冷却器に代わって二酸化炭素流の凝縮のために用いられてよく、吸収装置にある側部冷却器の代わりに第３の減圧されたリッチソルベントが使用されてよい。したがって、好適な構成では、リーンソルベントは吸収プロセスの流体力学的性能を増強する好ましい熱物理特性を有するより高温で生成され、リッチソルベントは溶媒の二酸化炭素保持能力を最大にする可能性のある最低温度で生成される。したがって、意図されるプロセスによって結果的には、現在知られている溶媒をベースにした酸性ガス除去プロセスに比べて、溶媒循環は低くなり、メタンおよび炭化水素の損失は抑えられ、エネルギ消費量は少なくなる。

リッチソルベントのフラッシングは種々の構成で実行されてよく、既知のすべての構成が本願明細書での使用に適していることが一般に考えられる。しかし、（仕事および／または冷却を提供後）リッチソルベントは、溶解している二酸化炭素の少なくとも７０％（より典型的には少なくとも９０％および最も典型的には少なくとも９５％）を放出するのに十分な圧力までさらに減圧されることが典型的には好ましい。次に、このように生成された二酸化炭素はリーンソルベントから（典型的には気圧および気圧以下で動作する）分離装置において分離される。このように生成された二酸化炭素流の二酸化炭素含有量は９０％超、より典型的には少なくとも９５％であることが特に理解されるべきである。したがって、このように形成された二酸化炭素流は強化された油回収プロセスにおいて使用されるのに特に適している。

本発明の主題のさらに意図される態様では、分離装置からのリーンソルベントはＪＴ弁によってさらに減圧され、真空分離装置に送られる。好適な真空分離装置は約１〜１０ｐｓｉａの圧力で動作し、この圧力は液封真空ポンプによって生成されてよい。リーンソルベントからの残留二酸化炭素（典型的には９５％の純度）は真空分離装置において分離され、強化された油回収または酸注入において使用されてもよい。次にこの物理溶媒は、フラッシングドラムから供給されるストリッピングガスと共に深いバキュームストリッパ下で再生され、リーンソルベントポンプを介して吸収装置に向かって再循環される。特に好適な構成では、真空分離装置はストリッピングガスとして希薄なガス（例えば、生成ガスの一部）を用いて超リーンソルベントを生成することができる。しかし、別構成では、生成ガスなどの種々のガスのほか、プラント内の他の流れからのガスおよびさらには窒素または空気も適している。そのような構成ではバキュームストリッパを用いて、二酸化炭素濃度が典型的には１０００ｐｐｍｖ未満および硫化水素濃度が４ｐｐｍ未満の処理されたガスを精製することのできる非常に希薄な溶媒を生成することがさらに理解されるべきである。したがって、本願明細書で用いられるように「超リーンソルベント」という用語は、僅かに１０ｐｐｍの硫化水素を、および最も典型的には僅かに４ｐｐｍの硫化水素を含有する溶媒を意味する。

したがって、意図される構成は強化された油回収において使用され得る、高圧のパイプライン品質のガスおよび二酸化炭素の液体の流れを提供し、この場合冷却はリッチソルベントの連続的な減圧から生成される。特に好適な構成では、意図される酸性ガス除去プラントは外的な冷却なしに、かつ高圧で動作してよく、そのような構成は強化された油回収においてさらに使用されるように二酸化炭素を凝縮するのに使用され得る冷却を生成するであろう。吸収装置からの吸収の熱を除去する冷媒を提供することに加えて、連続的な減圧は再循環プロセスにおいて実質的に完全に回収されるメタンおよび炭化水素を含んだフラッシング蒸気を吸収装置に戻す。さらに、吸収装置からの生成ガスおよび気圧状態の減圧された溶媒を用いて、吸収装置が吸収装置の底部を好ましい定温範囲に維持するように原料ガスが冷却される。したがって、この熱交換構成は吸収装置の温度プロファイルを等温に非常に近付けるか、または温度プロファイルを低下させるので、結果としてカラムの流体力学的性能および吸収効率を向上させる好ましい物理特性が得られると考えられる。

好適な実施形態および原料ガスが天然ガスを含んでいる場合、生成ガスは天然ガスの少なくとも９０％、より典型的には少なくとも９５％、および最も好適には９９％が原料ガス中に存在することが理解されるべきである。任意の理論または仮説に拘束されることを望むわけではないが、そのような天然ガス中の比較的高い天然ガス回収は少なくとも１つ、およびより好適には３つの炭化水素を含んだ再循環流を吸収装置に戻すことによって、かつ／または等温または上から下に低下する温度勾配の下で吸収装置を操作することによって達成されると考えられる。適した再循環ガス圧縮機は第１および第２の炭化水素を含んだ再循環ガス流を冷却かつ脱水された原料ガスの圧力に等しい圧力か、またはほぼその圧力に圧縮することのできるすべての圧縮機である。同様に、リーンソルベントポンプはリーンソルベントを吸収装置に導くのに適した溶媒圧を提供すると考えられる。

したがって、アミンまたは他の物理溶媒あるいは膜を用いた高い二酸化炭素分圧での従来の二酸化炭素除去プロセスに比べて、本発明の主題による構成はエネルギ消費量および資本費用を全体的に縮小すると考えられる。さらに、意図される構成およびプロセスは外部の熱源または冷却を概ね必要としないので、エネルギ消費量がさらに低減される。またさらには、強化された油回収計画は、典型的には１０％〜最大で６０％もの原料ガス中の二酸化炭素濃度の上昇に遭遇することが多くなるであろう。意図される構成およびプロセスは本質的に同じ溶媒の循環を用いてこのような変動に対応できる。

意図される構成のさらなる利点は、このプロセスが低温で動作しかつ物理溶媒中に水が存在しないために、概ね非腐食性のプロセスであるということである。対照的に、二酸化炭素除去用の従来のアミンユニットは、そのプロセスが腐食し易く操業中に消泡剤および防食剤の注入を要することが多いので、操作および保守が一般により複雑である。またさらに、意図される物理溶媒プロセスの別の利点は、アミンプロセスとは異なり、リッチソルベント中の二酸化炭素充填量は原料ガス中の二酸化炭素濃度と共に上昇するだけなので、溶媒の循環速度は二酸化炭素の分圧の上昇に対して反応が弱いことである。アミンユニット設計では、アミン循環速度は二酸化炭素含有量の増大とともに直線的に増大される必要があろう。

意図される物理溶媒プロセスのさらに別の利点は、知られているアミン処理プロセスと比べ、その単純さおよび冷凍への抵抗性であり、これによりオフサイトでの支援および蒸気ボイラなどのユーティリティシステムの必要性は小さくなる。例えば、高い二酸化炭素原料ガスを処理する意図される構成は、リッチソルベントからの二酸化炭素のフラッシングが必要な冷却および再生を提供するので、冷却作業を必要としないかもしれない。本発明者らはストリッピングガスで支援された真空再生を用いたプラントの操業は残留する二酸化炭素および硫化水素の含有量を非常に低いレベルにすることができるとさらに考えている。

したがって、意図されるプラントは、希薄な硫化水素を含んだ物理溶媒を受け取りかつ実質的に硫化水素を含まないストリッピングガスが高圧フラッシング容器および中圧フラッシング容器の少なくとも１つによって提供されるバキュームストリッパを含むであろう。本願明細書で用いられるように「希薄な硫化水素を含んだ物理溶媒」という用語は、物理溶媒に含まれた酸性ガス（典型的には二酸化炭素）の少なくとも一部分がフラッシングプロセスにおいてそこから除去され、かつ少なくとも１００ｐｐｍの硫化水素、およびより典型的には少なくとも２００ｐｐｍの硫化水素を含んだ物理溶媒を意味する。ここでさらに示すように、「実質的に硫化水素を含まないストリッピングガス」という用語は、１０００ｐｐｍ未満、およびより典型的には１０ｐｐｍ未満の硫化水素を含むストリッピングガスを意味する。プラント構成が１つのみのフラッシング容器を使用している場合、そのフラッシング容器は高圧フラッシング容器または中圧フラッシング容器として動作してよいことがさらに認識されるべきである。

特に好適な構成では、希薄な硫化水素を含む物理溶媒は少なくとも１００ｐｐｍの硫化水素を含み、バキュームストリッパは希薄な硫化水素を含む物理溶媒から生成され、超リーンソルベントは１００ｐｐｍ未満の硫化水素、および最も好適には超リーンソルベントは１０ｐｐｍ未満の硫化水素を含む。すべての物理溶媒（およびヘンリーの法則に従う非物理的な溶媒）が本願明細書で用いられるのに一般に適していると考えられるが、特に好適な物理溶媒にはＦＬＵＯＲ ＳＯＬＶＥＮＴ^ＴＭ（プロピレンカーボネート）、ＮＭＰ（直鎖状のメチルピロリドン）、ＳＥＬＥＸＯＬ^ＴＭ（ポリエチレングリコールのジメチルエーテル）、およびＴＢＰ（リン酸トリブチル）がある。

ストリッピングガスに関し、高圧フラッシング容器および／または中圧フラッシング容器は実質的に硫化水素がない（すなわち、１０００ｐｐｍ、およびより典型的には１０ｐｐｍ未満の硫化水素を含む）容器内で蒸気部分を生成する温度および／または圧力において操作されると一般に考えられる。したがって、大半の構成では、実質的に硫化水素を含まないストリッピングガスは少なくと９５モル％の二酸化炭素を含む。分離された酸性ガスは有利には金属イオン封鎖および／または増強された油回収のフォーメーションに再注入されることがさらに理解されるべきである。したがって、適したプラントは酸性ガスがリッチソルベントから分離され、これにより希薄な硫化水素を含んだ物理溶媒を生成し、かつ酸性ガスの一部が圧縮されてあるフォーメーションに注入され、かつバキュームストリッパが分離装置からの酸性ガスと結合された第２の酸性ガスをさらに生成する、分離装置を備えてよい。

ここまで、改善された酸性ガス除去の構成および方法のための特定の実施形態および用途を記載した。しかし、当業者には既に記載したものに加えて、多数の変形が本願明細書に記載の本発明の概念から逸脱せずに可能であることが理解されるべきである。したがって、本発明の主題は添付の特許請求の精神を除いて、限定されるものではない。さらに、本明細書および特許請求の範囲を解釈する場合、すべての用語は本文脈に一致して可能な限り広義に解釈されるべきである。特に、「ｃｏｍｐｒｉｓｅ」および「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ」という用語は要素、構成成分、またはプロセスを意味するものとして非排他的に解釈されるべきであり、参照した要素、構成成分、またはプロセスは存在してよいか、使用されてよいか、あるいは明示的には参照されない他の要素、構成成分、またはプロセスと組み合わされてよいことを示す。

物理溶媒を用いて酸性ガスを除去するプラントを示す先行技術の略図である。 本発明の主題の酸性ガス除去のプラント構成を示す例示的な略図である。

Claims (16)

1. 希薄な硫化水素を含んだ物理溶媒から超希薄な物理溶媒を生成するように構成されたバキュームストリッパと、
   バキュームストリッパに結合された高圧フラッシング容器および中圧フラッシング容器のうちの少なくとも１つとを備え、高圧フラッシング容器および中圧フラッシング容器のうちの少なくとも１つは実質的に硫化水素を含まないストリッピングガスをバキュームストリッパに提供するプラント。
2. 超希薄な物理溶媒を受け取り、かつ等温勾配または上から下に減少する温度勾配で動作するように構成された吸収装置をさらに備えた請求項１に記載のプラント。
3. 吸収装置は少なくとも１０モル％の二酸化炭素および少なくとも５００ｐｐｍの硫化水素を含んだ原料ガスを受け取る請求項２に記載のプラント。
4. 原料ガスは少なくとも１０００ｐｓｉｇの圧力を有する請求項３に記載のプラント。
5. 原料ガスは少なくとも部分的に脱水され、かつ少なくとも部分的に脱水された原料ガスはリッチソルベントによってさらに冷却される請求項４に記載のプラント。
6. 希薄な硫化水素を含む物理溶媒は少なくとも１００ｐｐｍの硫化水素を含み、かつ超希薄な物理溶媒は１００ｐｐｍ未満の硫化水素を含む請求項１に記載のプラント。
7. 超希薄な溶媒は１０ｐｐｍ未満の硫化水素を含む請求項６に記載のプラント。
8. 希薄な硫化水素を含む物理溶媒はプロピレンカーボネート、ｎ−メチルピロリドン、ポリエチレングリコールのジメチルエーテル、およびリン酸トリブチルから成る群から選択される請求項１に記載のプラント。
9. 実質的に硫化水素を含まないストリッピングガスは少なくとも９５モル％の二酸化炭素を含む請求項１に記載のプラント。
10. 酸性ガスがリッチソルベントから分離され、これにより希薄な硫化水素を含んだ物理溶媒が生成される分離装置をさらに備え、酸性ガスの一部が圧縮されて、あるフォーメーションに注入される請求項１に記載のプラント。
11. バキュームストリッパは分離装置の酸性ガスと結合される第２の酸性ガスをさらに生成する請求項１０に記載のプラント。
12. 超希薄な物理溶媒を生成する方法であって、
    高圧フラッシング容器および中圧フラッシング容器のうちの少なくとも１つにおいて、物理溶媒から実質的に硫化水素を含まないストリッピングガスを分離する工程と、
    バキュームストリッパにおいて希薄な硫化水素を含んだ物理溶媒から硫化水素を除去して超希薄な物理溶媒を生成する工程とを含んだ方法。
13. 超希薄な物理溶媒を吸収装置に送り、かつ等温勾配または上から下に減少する温度勾配で吸収装置を操作する工程をさらに含んだ請求項１２に記載の方法。
14. 少なくとも１０００ｐｓｉｇの圧力で原料ガスを吸収装置に送る工程をさらに含み、原料ガスは少なくとも１０モル％の二酸化炭素および少なくとも５００ｐｐｍの硫化水素を含む請求項１３に記載の方法。
15. 希薄な硫化水素を含む物理溶媒はポリピレンカーボネート、ｎ−メチルピロリドン、ポリエチレングリコールのジメチルエーテル、およびリン酸トリブチルから成る群から選択される請求項１２に記載の方法。
16. 実質的に硫化水素を含まないストリッピングガスは少なくとも９５モル％の二酸化炭素を含む請求項１２に記載の方法。

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